ES2382786B1 - METHOD AND VOLTAGE CONTROL SYSTEM OF AN ELECTRICAL GENERATION CENTER AND WIND FARM - Google Patents
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Abstract
Método y sistema de control de tensión de una central de generación eléctrica y parque eólico, cuyo método comprende la estimación de la tensión equivalente de la red (V{sub,Red}) a partir de las magnitudes eléctricas medidas en el punto de conexión de la central de generación (V{sub,Sub}), P{sub,global}, Q{sub,global}, I{sub,global}, cos fi), y un modelo equivalente de la red eléctrica a la que se conecta el parque; y generación a partir de dicha tensión equivalente calculada (V{sub,Red}) de una consigna (Q{sub,ref}) indicativa de la potencia reactiva a producir por la central de generación eléctrica, de forma que el sistema calcula la consigna de reactiva aplicando un método de control, y siendo todo ello aplicable en un parque eólico.Method and voltage control system of a power generation plant and wind farm, whose method comprises estimating the equivalent voltage of the network (V {sub, Network}) from the electrical quantities measured at the connection point of the generation plant (V {sub, Sub}), P {sub, global}, Q {sub, global}, I {sub, global}, cos fi), and an equivalent model of the power grid to which connect the park; and generation from said calculated equivalent voltage (V {sub, Red}) of a setpoint (Q {sub, ref}) indicative of the reactive power to be produced by the power generation plant, so that the system calculates the setpoint of reactive applying a control method, and being all applicable in a wind farm.
Description
Método y sistema de control de tensión de una central de generación eléctrica y parque eólico. Method and voltage control system of a power generation plant and wind farm.
Objeto de la invención Object of the invention
La siguiente invención, según se expresa en el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un método de control de tensión de una central de generación eléctrica, teniendo por objeto esencial la generación de potencia reactiva de acuerdo a la evolución de la tensión, de manera que se contribuya a la estabilización de la tensión de la red. The following invention, as expressed in the statement of the present specification, refers to a voltage control method of a power generation plant, having as its essential object the generation of reactive power according to the evolution of the voltage, so that it contributes to the stabilization of the network voltage.
Un segundo objeto de la invención se refiere a un sistema de control de tensión de una central de generación eléctrica que comprende el mencionado método de control de tensión. A second object of the invention refers to a voltage control system of a power generation plant comprising said voltage control method.
Un tercer objeto de la invención se refiere a un parque eólico que comprende dicho sistema de control. A third object of the invention refers to a wind farm comprising said control system.
Campo de aplicación Scope
En la presente memoria se describe un método y un sistema de control de tensión de una central de generación eléctrica, siendo de especial aplicación en una central de generación cólica. This method describes a method and a voltage control system of a power plant, being especially applicable in a power plant.
Antecedentes de la invención Background of the invention
Con el aumento del grado de penetración de centrales de generación renovable en la red eléctrica, se les están demandando a este tipo de generadores diversos servicios auxiliares, tales como el control de tensión y frecuencia, para garantizar su correcta integración en la red. With the increase in the degree of penetration of renewable power plants in the electricity grid, various auxiliary services, such as voltage and frequency control, are being demanded from these types of generators to ensure their correct integration into the network.
De esta forma, se han desarrollado controles de potencia activa y reactiva para contribuir a la estabilización de la frecuencia y de la tensión, respectivamente. In this way, active and reactive power controls have been developed to contribute to frequency and voltage stabilization, respectively.
Este tipo de centrales de generación suelen estar formadas por unidades de generación de poca potencia (paneles fotovoltaicos, aerogeneradores, etc. del orden de kW a 10 MW) en relación con las centrales convencionales (térmicas, nucleares, etc. que pueden llegar hasta el orden de los GW). La coordinación y control de todas las unidades de generación constituyentes de la central de generación renovable, hace Indispensable que se dispongan de sistemas de comunicación que envíen la información necesaria a cada una de ellas. This type of generation plants are usually made up of low-power generation units (photovoltaic panels, wind turbines, etc. of the order of kW to 10 MW) in relation to conventional power plants (thermal, nuclear, etc.) that can reach up to GW order). The coordination and control of all the constituent generation units of the renewable generation plant, makes it essential that communication systems be available that send the necessary information to each of them.
La generación eólica en particular, es una de las formas de generación renovable que más y más rápidamente ha aumentado. Este tipo de unidades generadoras han utilizado convencionalmente dos estrategias distintas para el control de tensión en operación normal. Wind generation in particular is one of the forms of renewable generation that has increased more and more rapidly. These types of generating units have conventionally used two different strategies for voltage control in normal operation.
La primera estrategia ha sido incorporar en los aerogeneradores controladores de la tensión en bornas del aerogenerador. Un ejemplo de este tipo de control lo constituye el documento de patente US 6965174 B2. The first strategy has been to incorporate in the wind turbines voltage control terminals on the wind turbine. An example of this type of control is US Patent 6965174 B2.
Este tipo de control es de rápida respuesta y no necesita equipos adicionales de control en subestación, ya que, los aerogeneradores siempre incorporan controladores y medidas de tensión en bornas de conexión. This type of control is quick response and does not need additional substation control equipment, since wind turbines always incorporate controllers and voltage measurements in connection terminals.
Sin embargo tiene la desventaja de que únicamente se controla la tensión local, cuyo valor no es relevante para la red eléctrica siempre que se mantenga dentro de los rangos de operación especificados. Por el contrario la tensión en el punto de conexión del parque no es controlada y por lo tanto puede estar sujeta a variaciones. However, it has the disadvantage that only local voltage is controlled, the value of which is not relevant for the power grid as long as it remains within the specified operating ranges. On the contrary, the voltage at the connection point of the park is not controlled and therefore may be subject to variations.
La segunda estrategia ha sido incorporar controladores de parque, que a partir de la tensión medida en el punto de conexión del parque envían consignas a los aerogeneradores de potencia reactiva o factor de potencia. Ejemplos de este tipo de control son la solicitud de patente EP1433238 y parte de lo descrito en el documento de patente US7166928B2. The second strategy has been to incorporate park controllers, which, based on the voltage measured at the connection point of the park, send instructions to the reactive power or power factor wind turbines. Examples of this type of control are patent application EP1433238 and part of what is described in patent document US7166928B2.
La desventaja de esta solución es que para conseguir una respuesta rápida exige una sofisticada red informática que conecte el controlador de parque con los aerogeneradores. The disadvantage of this solution is that in order to get a quick response, it requires a sophisticated computer network that connects the park controller with the wind turbines.
Por otro lado, asociado a los retardos que existen en el transcurso desde que se toman las medidas y se calculan las consignas en subestación para las unidades de generación hasta que los unidades generadoras las reciben y generan en consecuencia (retrasos digitales y de comunicación y de respuesta de los sistemas), se pueden producir oscilaciones de la tensión y de la reactiva generada. On the other hand, associated to the delays that exist in the course from the moment the measurements are taken and the instructions in substation for the generation units are calculated until the generating units receive them and generate accordingly (digital and communication and communication delays response of the systems), oscillations of the voltage and the reactive generated can occur.
En algunas normativas de regulación de red, especifican el nivel de potencia reactiva que se ha de generar en función de la desviación de la tensión, imponiendo en muchos casos como requisito un regulador de tensión proporcional. Especifican también el tiempo de respuesta requerido de dicho regulador. In some network regulation regulations, they specify the level of reactive power to be generated based on the voltage deviation, in many cases imposing a proportional voltage regulator as a requirement. They also specify the required response time of said regulator.
Este tipo de control puede conllevar la aparición de oscilaciones de tensión adicionales dependiendo del tipo de red a la que se conecte al parque eólico (generalmente con bajas potencias de cortocircuito), la constante de proporcionalidad (o droop) exigidos en el control, etc. This type of control can lead to the appearance of additional voltage fluctuations depending on the type of network to which it is connected to the wind farm (usually with low short-circuit powers), the proportionality constant (or droop) required in the control, etc.
En la presente invención se propone un método de control de tensión de una central de generación que soluciona los inconvenientes citados anteriormente. In the present invention, a voltage control method of a generation plant that solves the aforementioned drawbacks is proposed.
Descripción de la invención Description of the invention
En la presente memoria se describe un método de control de tensión de una central de generación eléctrica, caracterizado por comprender los siguientes pasos: In this report a voltage control method of a power generation plant is described, characterized by comprising the following steps:
- --
- estimación de la tensión equivalente de la red (VRed) a partir de las magnitudes eléctricas medidas en el punto de conexión de la central de generación eléctrica (VSub,Pglobal,Qglobal,Iglobal, cos fi), y un modelo equivalente de la red eléctrica a la que se conecta el parque; estimation of the equivalent network voltage (VRed) from the electrical quantities measured at the connection point of the power generation plant (VSub, Pglobal, Qglobal, Iglobal, cos fi), and an equivalent model of the electricity grid to which the park is connected;
- --
- generación a partir de dicha tensión equivalente calculada (VRed) de una consigna (Qref) indicativa de la potencia reactiva a producir por la central de generación eléctrica. generation from said calculated equivalent voltage (VRed) of a setpoint (Qref) indicative of the reactive power to be produced by the power generation plant.
Al generar la consigna de potencia reactiva a partir de la tensión de la red (VRed), mucho más estable que la tensión del punto de conexión (VSub), sobre todo en el caso de redes débiles, el control será más estable que los del estado de la técnica, al no estar sujeto a las oscilaciones que se observan en dicha tensión del punto de conexión, y que en consecuencia generan fluctuaciones en las consignas de potencia reactiva. De esta manera, la tensión en el punto de conexión de la central eléctrica obtenida aplicando el método de la invención es más estable que los del estado de la técnica. When generating the setpoint of reactive power from the network voltage (VRed), much more stable than the connection point voltage (VSub), especially in the case of weak networks, the control will be more stable than those of the state of the art, not being subject to the oscillations observed in said voltage of the connection point, and which consequently generate fluctuations in the reactive power setpoints. Thus, the voltage at the connection point of the power plant obtained by applying the method of the invention is more stable than those of the prior art.
En otro aspecto de la invención la consigna de potencia reactiva (Qref) se calcula a partir de la tensión equivalente de red (VRed) y tiene un valor que corresponde a la potencia reactiva que debe generar de manera estacionaria la central de generación eléctrica para cumplir una ley de control previamente definida. In another aspect of the invention, the reactive power setpoint (Qref) is calculated from the equivalent network voltage (VRed) and has a value corresponding to the reactive power that the power generation plant must generate in a stationary way to comply a control law previously defined.
El hecho de que la consigna de potencia reactiva corresponda a aquélla que debe generar la central de generación eléctrica en el estado estacionario, evita que los retardos que existen en el transcurso desde que se toman las medidas y se calculan las consignas en subestación para las unidades de generación hasta que los unidades generadoras las reciben y generan en consecuencia (retrasos digitales y de comunicación y de respuesta de los sistemas), afecten a la controlabilidad del sistema. The fact that the setpoint of reactive power corresponds to that which must be generated by the power generation plant in the steady state, prevents the delays that exist in the course since the measurements are taken and the sub-station setpoints are calculated for the units of generation until the generating units receive them and generate accordingly (digital and communication delays and response of the systems), affect the controllability of the system.
En una primera alternativa de la invención, la ley de control define la potencia reactiva a generar (Qref) en función de la tensión en el punto de conexión de la central de generación eléctrica (VSub) y de una tensión de referencia (Vref). In a first alternative of the invention, the control law defines the reactive power to be generated (Qref) as a function of the voltage at the connection point of the power generation plant (VSub) and a reference voltage (Vref).
Según la primera alternativa de la invención se calcula además la tensión en el punto de conexión (VSub−Est) que se alcanzará de modo estacionario a la tensión equivalente de la red (VRed) y generando una potencia reactiva igual a la consigna (Qref). According to the first alternative of the invention, the voltage at the connection point (VSub − Est) is calculated, which will be achieved stationary at the equivalent voltage of the network (VRed) and generating a reactive power equal to the setpoint (Qref) .
Dicha ley de control de tensión, según la primera alternativa de la invención, puede venir impuesta por el operador de red encargado de velar por la estabilidad del sistema eléctrico y suele corresponderse con un control proporcional. En este caso, la ley de control que define la respuesta requerida a la central de generación eléctrica incluye además de la tensión de referencia para la tensión en el punto de conexión (Vref), una constante (K) que relaciona la tensión en el punto de conexión (VSub) y la potencia reactiva a generar (Qref) por la central de generación eléctrica. Said voltage control law, according to the first alternative of the invention, may be imposed by the network operator in charge of ensuring the stability of the electrical system and usually corresponds to a proportional control. In this case, the control law that defines the required response to the power generation plant includes in addition to the reference voltage for the voltage at the connection point (Vref), a constant (K) that relates the voltage at the point of connection (VSub) and the reactive power to be generated (Qref) by the power generation plant.
En una segunda alternativa de la invención, la ley de control define la tensión que debe alcanzarse de modo estacionario en el punto de conexión del parque (Vref). De esta manera, la consigna (Qr) corresponde a la potencia reactiva que debe generar de manera estacionaria la central de generación eléctrica para eliminar el error en estado estacionario entre la tensión de consigna (Vref) y la medida. In a second alternative of the invention, the control law defines the voltage that must be reached stationary at the park connection point (Vref). In this way, the setpoint (Qr) corresponds to the reactive power that the power generation plant must generate in a stationary way to eliminate the steady state error between the setpoint voltage (Vref) and the measurement.
En otro aspecto de la invención, el método de control comprende además el paso de estimar dinámicamente el modelo eléctrico de la red a partir de las magnitudes eléctricas medidas en el punto de conexión de la central de generación eléctrica (Vs, P, Q, I, cos fi). In another aspect of the invention, the control method further comprises the step of dynamically estimating the electrical model of the network from the electrical quantities measured at the connection point of the power generation plant (Vs, P, Q, I , cos fi).
De esta manera, se detectan cambios en la red eléctrica (deslastre de cargas, desconexión de unidades de generación, etc.) que afectan a la impedancia equivalente de la red. Debido a que el modelo de la red es empleado en el control de tensión de la presente invención, el hecho de detectar modificaciones de la impedancia, permite minimizar el error cometido en el cálculo de las consignas de potencia reactiva. In this way, changes in the electricity grid are detected (load shedding, disconnection of generation units, etc.) that affect the equivalent impedance of the network. Due to the fact that the network model is used in the voltage control of the present invention, the fact of detecting impedance modi fi cations makes it possible to minimize the error made in the calculation of the reactive power setpoints.
Dicho modelo eléctrico de la red consiste en un resistencia (R) y una reactancia serle (X). Said electrical model of the network consists of a resistor (R) and a reactance serle (X).
En otro aspecto de la invención se guardan registros de varios valores consecutivos de impedancias de la red, de manera que ante cambios bruscos en el valor de dicha impedancia, se modifican parámetros en el control de tensión, tales como el tiempo de respuesta o la constante de proporcionalidad (K), de manera que siga garantizándose la estabilidad del control. In another aspect of the invention records of several consecutive values of impedances of the network are kept, so that in case of sudden changes in the value of said impedance, parameters in the voltage control, such as the response time or the constant, are modified of proportionality (K), so that control stability is still guaranteed.
Otro objeto de la invención es proporcionar un sistema de control de tensión de una central de generación eléctrica, comprendiendo dicho sistema medios de medida de unas variables eléctricas en el punto de conexión de la central de generación eléctrica y una unidad de control que calcula a partir las variables eléctricas una consigna de potencia reactiva (Qref) en el que además, se calcula la consigna de reactiva aplicando un método de control según lo descrito anteriormente. Another object of the invention is to provide a voltage control system of a power generation plant, said system comprising measuring means of electric variables at the connection point of the power generation plant and a control unit that calculates from The electrical variables are a reactive power setpoint (Qref) in which, in addition, the reactive setpoint is calculated by applying a control method as described above.
Otro objeto de la invención consiste en un parque eólico caracterizado por comprender un sistema de control tal y como se ha descrito anteriormente. Another object of the invention is a wind farm characterized by comprising a control system as described above.
Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar, y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva, de un juego de planos en cuyas figuras de forma ilustrativa y no limitativa, se representan los detalles más característicos de la invención. In order to complement the description that is going to be carried out below, and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, this descriptive report is accompanied by a set of drawings whose figures are illustrative and not limiting, The most characteristic details of the invention are shown.
Breve descripción de los diseños Brief description of the designs
Figura 1. Muestra el esquema de una central de generación distribuida según una realización preferente. Figure 1. Shows the scheme of a distributed generation plant according to a preferred embodiment.
Figura 2. Muestra el esquema de un regulador de tensión proporcional, según los requisitos de algunos operadores de la red. Figure 2. Shows the scheme of a proportional voltage regulator, according to the requirements of some network operators.
Figura 3. Muestra el esquema de un regulador de tensión proporcional integral. Figure 3. Shows the scheme of an integral proportional voltage regulator.
Figura 4. Muestra el esquema de un regulador de tensión según una realización preferente. Figure 4. Shows the scheme of a voltage regulator according to a preferred embodiment.
Figura 5. Muestra un circuito equivalente por fase de la red eléctrica a la que se conecta la central de generación eléctrica. Figure 5. Shows an equivalent circuit per phase of the power grid to which the power generation plant is connected.
Figura 6. Muestra el esquema de control según una realización preferente. Figure 6. Shows the control scheme according to a preferred embodiment.
Figura 7. Muestra un método de resolución iterativo según una realización preferente. Figure 7. Shows an iterative resolution method according to a preferred embodiment.
Figura 8. Muestra un método de resolución iterativo según una realización preferente. Figure 8. Shows an iterative resolution method according to a preferred embodiment.
Figura 9. Muestra la evolución de la tensión de red y la potencia de una parque eólico. Figure 9. Shows the evolution of the grid voltage and the power of a wind farm.
Figura 10. Muestra la evolución de la tensión de subestación de referencia y medida y la potencia reactiva medida en un parque eólico, según un control de tensión convencional. Figure 10. It shows the evolution of the reference and measured substation voltage and the reactive power measured in a wind farm, according to a conventional voltage control.
Figura 11. Muestra la evolución de la tensión de subestación de referencia y medida y la potencia reactiva medida en un parque eólico, según un control de tensión de una realización preferente. Figure 11. It shows the evolution of the reference and measured substation voltage and the reactive power measured in a wind farm, according to a voltage control of a preferred embodiment.
Figura 12. Muestra la evolución de la tensión de subestación de referencia y medida y la potencia reactiva medida en un parque eólico, según un control de tensión de una realización preferente. Figure 12. Shows the evolution of the reference and measured substation voltage and the reactive power measured in a wind farm, according to a voltage control of a preferred embodiment.
Descripción de una realización preferente Description of a preferred embodiment
A la vista de las citadas figuras y según la numeración adoptada, en la figura 1 se puede observar el esquema de una central de generación distribuida (por ejemplo, un parque eólico). In view of the aforementioned figures and according to the numbering adopted, in Figure 1 the scheme of a distributed generation plant (for example, a wind farm) can be observed.
La central de generación distribuida está compuesta por, al menos, dos. unidades de generación (o aerogeneradores) 1, una red de parque 2, una unidad de control central 3, un transformador 4, una unidad de medida 5 y una red de comunicación 6. The distributed generation plant is composed of at least two. generation units (or wind turbines) 1, a park network 2, a central control unit 3, a transformer 4, a measurement unit 5 and a communication network 6.
La citada central de generación se conecta a la red eléctrica 5 a través de un transformador 4 que adapta la tensión de la red de parque 2 o nivel de tensión de generación a la tensión de dicha red eléctrica 7 o nivel de tensión de la red de distribución o transporte, según corresponda. Said generation plant is connected to the power grid 5 through a transformer 4 that adapts the voltage of the park network 2 or generation voltage level to the voltage of said power grid 7 or voltage level of the power grid. distribution or transportation, as appropriate.
La unidad de control central 3 recibe información de la unidad de medida 5 acerca de la potencia activa y reactiva generadas por la central de generación, el nivel de tensión o la corriente (Pglobal,Qglobal,VSub), medidas bien en el lado de la central de generación distribuida 2, o bien en el lado de la red a la que se conecta la central de generación 7. Dicha información es empleada por la unidad de control central para calcular y enviar consignas a las unidades generadoras de potencia reactiva y activa (QI,PI) que responden a los controles de tensión y frecuencia que en su caso sean exigidos por el operador de red que corresponda. The central control unit 3 receives information from the measurement unit 5 about the active and reactive power generated by the generation plant, the voltage level or the current (Pglobal, Qglobal, VSub), measured well on the side of the distributed generation plant 2, or on the side of the network to which the generation plant 7 is connected. This information is used by the central control unit to calculate and send setpoints to the reactive and active power generating units ( QI, PI) that respond to the voltage and frequency controls that may be required by the corresponding network operator.
En la figura 2 se puede ver el esquema de un regulador de tensión proporcional, según lo exigido por algunos operadores de red conforme aumenta el grado de penetración de la generación renovable. Dicho regulador establece una cantidad de reactiva a generar (Q) por la central de generación proporcional al error de tensión (ΔV) existente entre la tensión medida (VMed) y la tensión de referencia (Vref) en el punto en el que se quiera realizar el control de tensión. Al ser un regulador proporcional no elimina el error en régimen permanente de tensión. In Figure 2 you can see the scheme of a proportional voltage regulator, as required by some network operators as the degree of penetration of renewable generation increases. Said regulator establishes a quantity of reactive to be generated (Q) by the power plant proportional to the voltage error (ΔV) between the measured voltage (VMed) and the reference voltage (Vref) at the point where it is to be carried out Tension control Being a proportional regulator does not eliminate the error in permanent voltage regime.
Una alternativa al anterior es el regulador proporcional integral (PI) mostrado en la figura 3. Dicho regulador en función del error de tensión (ΔV) establece una cantidad de reactiva a generar por la central de generación de manera que se elimina el error en estado estacionario mientras los unidades de generación no estén saturadas, es decir, tengan capacidad de generar toda la reactiva que les sea consignada. An alternative to the previous one is the integral proportional regulator (PI) shown in Figure 3. Said regulator in function of the voltage error (ΔV) establishes a quantity of reactive to be generated by the generation plant so that the error in state is eliminated stationary as long as the generation units are not saturated, that is, they have the capacity to generate all the reagent that is consigned.
Sin embargo, el control integral no es el exigido por los operadores de red, ya que puede provocar oscilaciones de generación y consumo de reactiva por parte de generadores que tengan activo este tipo de control y estén conectados a un mismo punto de la red o próximos entre sí, debido a disparidad en las constantes de tiempo de los controladores que las diferentes unidades de generación tengan implementadas o a errores en las medidas de tensión. However, the integral control is not the one demanded by the network operators, since it can cause oscillations of generation and consumption of reactive by generators that have this type of control active and are connected to the same point of the network or nearby each other, due to disparity in the time constants of the controllers that the different generation units have implemented or errors in the voltage measurements.
Es por esta razón que la mayoría de operadores de red exigen un regulador de tensión proporcional. It is for this reason that most network operators require a proportional voltage regulator.
Sin embargo, el regulador proporcional puede provocar oscilaciones en la tensión, dependiendo de la constante del controlador proporcional exigida y de la potencia de cortocircuito, además de los retardos en comunicaciones y los retrasos digitales y los retrasos asociados a la respuesta de los sistemas de generación de reactiva de los que disponga la central de generación (unidades de generación, bancos de condensadores, dispositivos tipo FACTS, etc.). However, the proportional regulator can cause voltage fluctuations, depending on the proportional controller constant required and the short-circuit power, in addition to communication delays and digital delays and delays associated with the response of the generation systems of reactive available to the generation plant (generation units, capacitor banks, FACTS devices, etc.).
Este hecho está provocado debido a que el control se realiza basándose exclusivamente en la tensión medida en el punto de conexión del parque a la red, siendo ésta mucho más susceptible de sufrir variaciones ante cambios en la potencia reactiva y activa generadas por central de generación. Por lo tanto, desde que se produce un cambio en la tensión hasta que el control central lo detecta y genera las consignas de reactiva necesarias, los unidades de generación pueden estar en un punto de generación de reactiva que sea opuesto al deseado, incrementando el error de tensión. This is caused due to the fact that the control is carried out based exclusively on the voltage measured at the point of connection of the park to the grid, which is much more susceptible to variations due to changes in the reactive and active power generated by the generation plant. Therefore, since a change in voltage occurs until the central control detects it and generates the necessary reactive setpoints, the generation units may be at a reactive generation point that is opposite to the desired one, increasing the error tensile.
Por otro lado, desde el momento en que la tensión alcance la tensión de referencia, hasta que a las unidades de generación se les comunique, continúan generando reactiva como si hubiera error, haciendo así oscilante el control. On the other hand, from the moment the voltage reaches the reference voltage, until the generation units are notified, they continue to generate reactive as if there was an error, thus making the control oscillating.
El objetivo de la presente invención es eliminar las oscilaciones en la tensión ante variaciones en las condiciones de funcionamiento, sin necesidad de recurrir a equipos y sistemas de comunicación más ágiles y por lo tanto más caros, de manera que se obtenga un sistema de control de tensión de características superiores a los del estado de la técnica. The objective of the present invention is to eliminate the oscillations in the tension before variations in the operating conditions, without resorting to more agile and therefore more expensive communication equipment and systems, so that a control system of voltage of characteristics superior to those of the state of the art.
Tal y como se puede ver en la figura 4, en una realización preferente para el cálculo de la consigna de reactiva (Qref) en el bloque 9 se emplean medidas tomadas en el punto de conexión a la red de potencia activa generada (Pglobal), potencia reactiva (Qglobal) y tensión (VSub). As can be seen in Figure 4, in a preferred embodiment for the calculation of the reactive setpoint (Qref) in block 9, measurements are taken at the point of connection to the generated active power network (Pglobal), reactive power (Qglobal) and voltage (VSub).
Asimismo se emplea la tensión de referencia (VSub−ref) adecuada al punto donde se desea realizar el control de tensión. The reference voltage (VSub − ref) appropriate to the point where the voltage control is desired is also used.
En una realización preferente dicho punto corresponde al punto de la red al que se conecta la central de generación eléctrica. In a preferred embodiment said point corresponds to the point of the network to which the power generation plant is connected.
Para el cálculo de dicha referencia de potencia reactiva (Qref) se emplea además en el bloque 9 un modelo equivalente de la red eléctrica a la que se conecta la central de generación eléctrica. For the calculation of said reactive power reference (Qref), an equivalent model of the power grid to which the power generation plant is connected is also used in block 9.
En la figura 5 se puede ver el circuito equivalente por fase empleado en una realización preferente correspondiente a dicho modelo de la red. La tensión (VSub) representa la tensión en el punto de conexión a la red la central de generación eléctrica, mientras que la tensión (VRed) representa la tensión de la red y la impedancia de la misma viene dada por una parte real (RRed) y una imaginaria (jXRed). Empleando la transformación de (Park), el sistema de ecuaciones en ejes (dq) que rige el comportamiento del circuito representado, para un sistema trifásico de tensiones es como sigue: In Figure 5 the equivalent circuit per phase used in a preferred embodiment corresponding to said network model can be seen. The voltage (VSub) represents the voltage at the point of connection to the power plant, while the voltage (VRed) represents the voltage of the network and its impedance is given by a real part (RRed) and an imaginary one (jXRed). Using the transformation of (Park), the system of equations in axes (dq) that governs the behavior of the represented circuit, for a three-phase system of tensions is as follows:
El empleo de dicho equivalente de la red está basado en la suposición de que los cambios más bruscos de la tensión de subestación están directamente relacionados con cambios en la tensión de la red (VRed). The use of said network equivalent is based on the assumption that the most abrupt changes in the substation voltage are directly related to changes in the network voltage (VRed).
El uso de estas expresiones requiere además el conocimiento de la impedancia de red (RRed)y(XRed). Esta impedancia depende de la relación consumo generación, lo que se traduce en variaciones en el valor de (RRed)y(XRed)en cada momento y dificulta el empleo de las expresiones anteriores. The use of these expressions also requires knowledge of the network impedance (RRed) and (XRed). This impedance depends on the generation consumption ratio, which translates into variations in the value of (RRed) and (XRed) at all times and makes it difficult to use the previous expressions.
En una realización preferente se supone la impedancia de red constante, quedando los cambios en la red reflejados únicamente en la tensión equivalente de red. Dicha impedancia puede ser evaluada a partir de ensayos o ser facilitada por el operador del sistema. In a preferred embodiment, the constant network impedance is assumed, leaving the changes in the network reflected only in the equivalent network voltage. Said impedance can be evaluated from tests or be provided by the system operator.
Ante la detección de un cambio en la tensión de subestación (VSub) ha de calcularse cuál es la tensión de la red (VRed) que ha propiciado dicho cambio. Para ello, en una realización preferente se calculan las corrientes (Id)e(Iq), del sistema de ecuaciones anterior a partir de las medidas de potencia activa (Pglobal), potencia reactiva (Qglobal) y tensión (VSub) en el punto de conexión a red (PCC), lo cual, tomando la tensión de subestación alineada con el eje (q), se puede realizar según la siguientes expresiones: Before detecting a change in the substation voltage (VSub), it is necessary to calculate the voltage of the network (VRed) that has caused this change. For this, in a preferred embodiment, the currents (Id) and (Iq) of the previous system of equations are calculated from the measures of active power (Pglobal), reactive power (Qglobal) and voltage (VSub) at the point of Mains connection (PCC), which, taking the substation voltage aligned with the axis (q), can be performed according to the following expressions:
En una primera realización preferente se plantea un control del tipo proporcional de características similares al de la figura 3. Sin embargo el control propuesto no emplea directamente la tensión medida en el punto de conexión (VSub−med) para el cálculo de la referencia de reactiva, sino la tensión en ese punto correspondiente al estado estacionario, tal y como se muestra en la figura 6. In a first preferred embodiment, a control of the proportional type of characteristics similar to that of Figure 3 is proposed. However, the proposed control does not directly use the voltage measured at the connection point (VSub-med) for the calculation of the reactive reference , but the tension at that point corresponding to the steady state, as shown in Figure 6.
En dicha figura 6 se puede ver el esquema de control según dicha primera realización preferente. En ella, a partir de las medidas tomadas en el punto de conexión a la red (Pglobal,Qglobal,VSub), se calcula en el bloque 8 la tensión en el punto de conexión correspondiente al estado estacionario (VSub−Est) que se alcanzará en la nueva situación. In said figure 6 the control scheme according to said first preferred embodiment can be seen. In it, based on the measurements taken at the network connection point (Pglobal, Qglobal, VSub), the voltage at the connection point corresponding to the steady state (VSub − Est) to be reached in block 8 is calculated In the new situation.
A partir del error existente (ΔV) entre dicha tensión calculada (VSub−Est) y de la tensión de referencia (VSub−Ref) se calcula a partir de la constante de proporcionalidad exigida por el operador del sistema la consigna de reactiva a generar por la central de generación eléctrica. From the existing error (ΔV) between said calculated voltage (VSub − Est) and the reference voltage (VSub − Ref), the reactive supply to be generated is calculated from the proportionality constant required by the system operator The power generation plant.
Para ello se considera en una realización preferente que, al ser los transitorios en un evento semejante relativamente rápidos, ante un cambio en la tensión de subestación y hasta que se alcance la nueva situación estacionaria, la potencia activa generada por el parque eólico (PGlobal) no se modifica sustancialmente. Por lo tanto, la potencia activa generada en el futuro estado estacionario corresponderá a la medida en ese instante. Por otro lado, se considera también que la tensión de la red (VRed) no se modifica sustancialmente como consecuencia del control de tensión de la subestación, sino que las variables que habrán cambiado en el estado estacionario serán la potencia reactiva generada (QGoblal)yla tensión de subestación (VSub) como consecuencia. For this, it is considered in a preferred embodiment that, since the transients are in a similar event relatively rapid, before a change in the substation voltage and until the new stationary situation is reached, the active power generated by the wind farm (PGlobal) It is not substantially modified. Therefore, the active power generated in the future steady state will correspond to the measurement at that moment. On the other hand, it is also considered that the grid voltage (VRed) is not substantially modified as a consequence of the substation voltage control, but that the variables that will have changed in the steady state will be the reactive power generated (QGoblal) and the Substation voltage (VSub) as a consequence.
De esta manera, el sistema de control proporciona, ante un cambio en las variables del sistema, el valor de potencia reactiva de referencia (Qref) relacionado con el nuevo valor de tensión estacionario (VSub−Est). Cuando se aplique como referencia este valor de consigna reactiva (Qref) al parque eólico 10 se evitará cualquier oscilación, puesto que el control no tiene en cuenta lo ocurrido con las variables durante el transitorio. Se superan así los problemas derivados de los retrasos de comunicación y de respuesta de las unidades de generación. In this way, the control system provides, before a change in the system variables, the reference reactive power value (Qref) related to the new stationary voltage value (VSub − Est). When this reactive setpoint value (Qref) is applied to the wind farm 10 as a reference, any oscillation will be avoided, since the control does not take into account what happened with the variables during the transitory. The problems derived from communication and response delays of the generation units are thus overcome.
En una realización preferente, el conjunto de ecuaciones empleadas en el bloque 9 de la figura 6 para el cálculo de la tensión de subestación (VSub) en el futuro estado estacionario son las siguientes: In a preferred embodiment, the set of equations used in block 9 of Figure 6 for the calculation of the substation voltage (VSub) in the future steady state are the following:
Para la resolución del anterior sistema de ecuaciones, en una realización preferente se plantea un método iterativo tal y como se puede ver en la figura 7. For the resolution of the previous system of equations, in an preferred embodiment an iterative method is proposed as can be seen in Figure 7.
En el bloque 11 se realiza una serie de pasos previos al proceso iterativo, de cara a la obtención de las variables necesarias para dicho proceso. Estos son: In block 11 a series of steps are carried out prior to the iterative process, in order to obtain the necessary variables for said process. These are:
- --
- Obtención de medidas 12 de potencia activa generada por el parque (PGlobal), potencia reactiva total generada (QGlobal) y tensión en el punto de conexión a la red eléctrica o en el punto en el que se desea realizar el control de tensión (VSub). Obtaining measures 12 of active power generated by the park (PGlobal), total reactive power generated (QGlobal) and voltage at the point of connection to the mains or at the point where you want to perform the voltage control (VSub) .
- --
- Cálculo de la corriente 13 en el punto donde se desea realizar el control de tensión en ejes (dq), (id−Sub)e(iq−Sub), a partir de las medidas de potencia activa (Pglobal), potencia reactiva (Qglobal) y tensión (VSub) en el punto de conexión a red (PCC), lo cual, tomando dicha tensión alineada con el eje (q), según la siguientes expresiones: Calculation of current 13 at the point where it is desired to carry out the voltage control in axes (dq), (id − Sub) and (iq − Sub), from the measurements of active power (Pglobal), reactive power (Qglobal ) and voltage (VSub) at the grid connection point (PCC), which, taking said voltage aligned with the axis (q), according to the following expressions:
- --
- Cálculo de la tensión de red 14 en ejes (dq), (Vd−Red)y(Vq−Red), según las ecuaciones que rigen el comportamiento del circuito equivalente por fase de la red eléctrica a la que se conecta el parque mostrado en la figura 4, es decir: Calculation of the mains voltage 14 in axes (dq), (Vd − Red) and (Vq − Red), according to the equations that govern the behavior of the equivalent circuit per phase of the electrical network to which the park shown in Figure 4, that is:
De las variables medidas, calculadas o estimadas en el bloque 11, se suponen constantes a lo largo del proceso iterativo las siguientes: Of the variables measured, calculated or estimated in block 11, the following are assumed constant throughout the iterative process:
- --
- La potencia generada total (Pglobal), que sigue una dinámica lenta. Se considera que ante un cambio en la tensión de la red y hasta que se alcance el estacionario posterior a dicho cambio, la variable que cambia en consecuencia es la potencia reactiva generada (Qglobal). The total generated power (Pglobal), which follows a slow dynamic. It is considered that in the event of a change in the network voltage and until the stationary is reached after said change, the variable that changes accordingly is the reactive power generated (Qglobal).
- --
- La tensión de la red calculada en ejes (dq), (Vd−Red)y(Vq−Red). Se supone la generación o el consumo de reactiva correspondiente al control de tensión no tiene influencia sobre dicha tensión de red, sino exclusivamente sobre la tensión de subestación. The network voltage calculated in axes (dq), (Vd − Network) and (Vq − Network). The generation or consumption of the reactive corresponding to the voltage control is assumed to have no influence on said mains voltage, but only on the substation voltage.
Una vez realizados los cálculos en el bloque 11, se inicia el proceso iterativo 15. Dicho proceso comprende los siguientes pasos: Once the calculations have been made in block 11, the iterative process 15. This process comprises the following steps:
- --
- Cálculo en el bloque 16 de las potencias reactivas (Qk )y(Qk ) a Partir de las expresiones siguientes, donde Calculation in block 16 of the reactive powers (Qk) and (Qk) from the following expressions, where
ref Calcref Calc
el superíndice K identifica el número de iteración: superscript K identifies the iteration number:
- --
- Comprobación en el bloque 17 de que la potencia reactiva calculada corresponde efectivamente a la correspondiente al estado estacionario. Para ello, se procede al cálculo de la diferencia entre la potencia reactiva calculada a partir de las corrientes y tensiones del sistema (Qk ) y la potencia reactiva de referencia correspondiente a Verification in block 17 that the calculated reactive power corresponds effectively to that corresponding to the steady state. For this, the difference between the reactive power calculated from the system currents and voltages (Qk) and the reference reactive power corresponding to
CalcCalc
dichas tensiones (Qk ). A dicha diferencia se le denomina error: said tensions (Qk). This difference is called an error:
ref ref
En una realización preferente se establece una cota que no puede ser superada por el error entre la potencia reactiva calculada y la potencia reactiva de referencia, para que sea considerado el resultado como el correspondiente al estado estacionario: In a preferred embodiment, a dimension is established that cannot be overcome by the error between the calculated reactive power and the reference reactive power, so that the result is considered as corresponding to the steady state:
Si el error es mayor que la cota fijada, se inicia una nueva iteración. -Cálculo en el bloque 18 de una nueva potencia reactiva (Qk ) que se calcula como combinación lineal de (Qk)If the error is greater than the set dimension, a new iteration starts. -Calculation in block 18 of a new reactive power (Qk) that is calculated as a linear combination of (Qk)
MedCalcMedCalc
y(Qk ) con el fin de que el sistema converja, de la siguiente manera: and (Qk) in order for the system to converge, as follows:
ref ref
K1 yK2 se pueden ajustar previamente de manera que se minimice el número de iteraciones necesarias para llegar al resultado final. K1 and K2 can be pre-set so that the number of iterations necessary to reach the final result is minimized.
- --
- Cálculo en el bloque 19 de las corrientes (ikq−Sub)y(ikd−Sub) que se establecen para la nueva situación de potencia reactiva (Qk ), teniendo en cuenta que la potencia activa permanece constante, a partir de las siguientes Calculation in block 19 of the currents (ikq − Sub) and (ikd − Sub) that are set for the new reactive power (Qk) situation, taking into account that the active power remains constant, from the following
MedMed
expresiones: expressions:
- --
- Cálculo en el bloque 20 de las tensiones en el punto donde se realiza el control, a partir de las ecuaciones que modelan el comportamiento de la red a la que se conecta el parque eólico y las corrientes previamente calculadas, teniendo en cuenta que (Vd−Red)y(Vq−Red) no cambian con respecto al paso previo al proceso iterativo: Calculation in block 20 of the voltages at the point where the control is carried out, based on the equations that model the behavior of the network to which the wind farm is connected and the previously calculated currents, taking into account that (Vd− Red) and (Vq − Red) do not change with respect to the previous step to the iterative process:
- --
- Con las tensiones y corrientes, dentro del proceso iterativo 15, se calcula de nuevo la potencia reactiva de referencia y potencia reactiva calculada, y se continúa el proceso iterativo de manera semejante. With the voltages and currents, within the iterative process 15, the reference reactive power and calculated reactive power are calculated again, and the iterative process is similarly continued.
Si efectivamente en en el bloque 17 se comprueba que If indeed in block 17 it is verified that
el proceso iterativo con the iterative process with
cluye y en el bloque 21 se calcula la tensión correspondiente al estado estacionario al que se llegará como consecuencia del cambio de la tensión de red y al generar la reactiva requerida para esa nueva situación. Dicha tensión en ejes (dq) responde a la siguiente expresión: In this block, the voltage corresponding to the steady state that will be reached as a result of the change in the grid voltage and when generating the reagent required for this new situation is calculated. Said axle tension (dq) responds to the following expression:
Tal y como se puede ver en la figura 6, en una realización preferente dicha tensión estacionaria (VSub−Est) es empleada para el cálculo del error (ΔV) al que se aplica una ganancia (K) para el cálculo de la potencia reactiva de referencia. As can be seen in Figure 6, in a preferred embodiment said stationary voltage (VSub-Est) is used for the calculation of the error (ΔV) to which a gain (K) is applied for the calculation of the reactive power of reference.
En una segunda realización preferente, el sistema de ecuaciones resuelto en el bloque 9 de la figura 4 es tal que se incluye una ecuación que iguala la tensión de referencia al valor eficaz de la tensión medida en el punto en el que se realiza el control, imponiendo de esta manera un error nulo en el estado estacionario. In a second preferred embodiment, the system of equations solved in block 9 of Figure 4 is such that an equation is included that equals the reference voltage to the effective value of the voltage measured at the point at which the control is performed, thus imposing a null error in the steady state.
De la resolución del sistema de ecuaciones se obtiene una producción de potencia reactiva (QCalc) que elimina el error en el estado estacionario y que será la emitida como consigna de reactiva (Qref) para realizar el control de tensión. From the resolution of the system of equations a reactive power production (QCalc) is obtained that eliminates the error in the steady state and that will be the one emitted as a reactive setpoint (Qref) to perform the voltage control.
Para la resolución del anterior sistema de ecuaciones, en una realización preferente se plantea un método iterativo tal y como se puede ver en la figura 8. For the resolution of the previous system of equations, in an preferred embodiment an iterative method is proposed as can be seen in Figure 8.
En el paso previo, relativo al bloque 11, al comienzo del proceso iterativo, los cálculos coinciden con los explicados previamente para la figura 7, al igual que coinciden las hipótesis del proceso Iterativo: la potencia generada (PGlobal)y la tensión de la red (Vd−Red)y(Vq−Red) permanecen constantes de un paso a otro del proceso de iteración. In the previous step, relative to block 11, at the beginning of the iterative process, the calculations coincide with those previously explained for Figure 7, just as the hypotheses of the Iterative process coincide: the generated power (PGlobal) and the network voltage (Vd − Red) and (Vq − Red) remain constant from one step to another of the iteration process.
Una vez realizados los cálculos previos en 11, se inicia el proceso iterativo 15. Dicho proceso comprende los siguientes pasos: Once the previous calculations have been made in 11, the iterative process 15. This process includes the following steps:
- --
- Comprobación en el bloque 22 de que la tensión de subestación calculada (o medida en el caso de la primera iteración) y la tensión de subestación de referencia son aproximadamente iguales, es decir, que el error existente entre ellas es menor que una determinada cota. Verification in block 22 that the calculated substation voltage (or measured in the case of the first iteration) and the reference substation voltage are approximately equal, that is, that the error between them is less than a given dimension.
Si el error es mayor que la cota fijada, se inicia una nueva iteración. -Cálculo en el bloque 23 de la tensión de subestación objetivo en el eje (q) (Vq ), a partir de la consigna If the error is greater than the set dimension, a new iteration starts. -Calculation in block 23 of the target substation voltage on the axis (q) (Vq), from the setpoint
q−Sub−Objetivoq − Sub − Objective
de tensión (Vref). Para ello se considera que la tensión en el eje d no cambia, sino que coincide con la de la iteración anterior. Es decir: of tension (Vref). For this, it is considered that the tension on the d axis does not change, but coincides with that of the previous iteration. That is to say:
A partir de dicha tensión y del modelo de la red a la que se conecta el parque se calcula además en el bloque 23 la corriente, objetivo en el eje (d) asociada con la generación de reactiva, (ikd−Sub−Objetivo), según la siguiente expresión: From this voltage and the network model to which the park is connected, the current is also calculated in block 23, objective on the axis (d) associated with the generation of reactive, (ikd − Sub − Objective), according to the following expression:
Se considera para ello que la corriente en el eje (q) permanece constante. It is considered that the current in the axis (q) remains constant.
- --
- A partir de dicha corriente en el eje (d) objetivo y tensión en el eje (q) objetivo se calcula en el bloque 24 la potencia reactiva asociada objetivo Qk From this current on the target axis (d) and voltage on the target axis (q), the associated reactive power target Qk is calculated in block 24
Objetivo. Objective.
- --
- Cálculo en el bloque 25 de las corrientes (ikq−Sub)y(ikd−Sub) que se establecen para la nueva situación de potencia reactiva (Qk ), teniendo en cuenta que la potencia activa permanece constante, a partir de las siguientes Calculation in block 25 of the currents (ikq − Sub) and (ikd − Sub) that are set for the new reactive power (Qk) situation, taking into account that the active power remains constant, from the following
Objetivoobjective
expresiones: expressions:
- --
- Cálculo en el bloque 26 de las tensiones en el punto donde se realiza el control, a partir de las ecuaciones que modelan el comportamiento de la red a la que se conecta el parque eólico y las corrientes previamente calculadas, teniendo en cuenta que (Vd−Red)y(Vq−Red) no cambian con respecto al paso previo al proceso iterativo: Calculation in block 26 of the voltages at the point where the control is carried out, based on the equations that model the behavior of the network to which the wind farm is connected and the previously calculated currents, taking into account that (Vd− Red) and (Vq − Red) do not change with respect to the previous step to the iterative process:
Si efectivamente en el bloque 22 se comprueba que If indeed in block 22 it is verified that
el proceso iterativo 15 concluye y iterative process 15 concludes and
en el bloque 27 se genera la referencia de potencia reactiva (Qref), igualándola a la potencia reactiva objetivo (Qk ),in block 27 the reactive power reference (Qref) is generated, equalizing it to the target reactive power (Qk),
Objetivoobjective
consiguiendo así una referencia de potencia reactiva que elimina el error de tensión en el futuro estado estacionario, de manera mucho más rápida que un controlador proporcional integral (PI) convencional. thus achieving a reactive power reference that eliminates the voltage error in the future steady state, much faster than a conventional integral proportional controller (PI).
Los bloques anteriormente descritos pueden corresponder a distintos dispositivos de los que está constituido una unidad de control, o alternativamente puede ajustarse una unidad de cálculo para realizar los cálculos descritos anteriormente, siendo cada bloque descrito una etapa de dicho cálculo. The blocks described above may correspond to different devices of which a control unit is constituted, or alternatively a calculation unit may be adjusted to perform the calculations described above, each block described being a step of said calculation.
En una realización preferente una unidad de control de un parque eólico es un dispositivo programable configurado para ejecutar el método anteriormente descrito. Ambos métodos iterativos son de sencilla implementación en los sistemas de control digitales de subestación, (PLC), y requiere reducidos tiempos de cálculo. In a preferred embodiment, a wind farm control unit is a programmable device configured to execute the method described above. Both iterative methods are simple to implement in digital substation control systems (PLC), and require reduced calculation times.
En una realización preferente un sistema de control de un parque eólico comprende medios de medida de unas variables eléctricas en el punto de conexión de la central de generación eléctrica y dicha unidad de control. In a preferred embodiment, a wind farm control system comprises means for measuring electrical variables at the connection point of the power generation plant and said control unit.
En la figura 9 se puede ver la potencia activa generada por un parque eólico que tiene una potencia instalada de 27 MW y la tensión de la red equivalente del sistema. Se considera una variación rápida de potencia activa al igual que cierto ruido en la tensión de red, para analizar la robustez de los sistemas de control. En esta situación de generación se analiza la respuesta de distintos tipos de controles de tensión. In Figure 9 you can see the active power generated by a wind farm that has an installed capacity of 27 MW and the equivalent network voltage of the system. A rapid variation of active power is considered as well as certain noise in the mains voltage, to analyze the robustness of the control systems. In this generation situation, the response of different types of voltage controls is analyzed.
En la figura 10 se muestra la evolución de la tensión de subestación (Vsub) y la potencia reactiva (Qsub−real) generada por el parque eólico con un control de tensión convencional. La respuesta exigida por el operador del sistema es tal que, ante una desviación de tensión (ΔV) del 4%, los aerogeneradores deben generar toda la reactiva que son capaces, con el signo adecuado, y con una velocidad de respuesta de un segundo. Se comprueba que con este tipo de control de tensión, no se consigue una buena respuesta, ya que debido a los retrasos, a las características de la red, y al tipo de respuesta exigida por el operador, el sistema se vuelve oscilante. Figure 10 shows the evolution of the substation voltage (Vsub) and the reactive power (Qsub − real) generated by the wind farm with a conventional voltage control. The response required by the system operator is such that, given a voltage deviation (ΔV) of 4%, the wind turbines must generate all the reactive they are capable of, with the appropriate sign, and with a response speed of one second. It is verified that with this type of voltage control, a good response is not achieved, because due to the delays, the characteristics of the network, and the type of response required by the operator, the system becomes oscillating.
En la figura 11 se muestra la evolución de la tensión de subestación (Vsub) y la potencia reactiva generada por el parque eólico (Qsub−real) con un control de tensión según la primera realización de la invención. La respuesta exigida por el operador del sistema es tal que, ante una desviación de tensión (ΔV) del 4%, los aerogeneradores deben generar toda la reactiva que son capaces, con el signo adecuado, y con una velocidad de respuesta de un segundo. Se comprueba que con este tipo de control de tensión, se consigue una respuesta rápida y estable, ya que desde el primer instante se calcula y envía una consigna de potencia reactiva que es la adecuada para el estado estacionario de la tensión. Las oscilaciones que se observan son debidas a la debilidad de la red a la que se conecta el parque eólico y a las oscilaciones de potencia activa generada y la tensión de la red. Además, debido a las características de la respuesta exigida no se elimina el error en estado estacionario. Figure 11 shows the evolution of the substation voltage (Vsub) and the reactive power generated by the wind farm (Qsub-real) with a voltage control according to the first embodiment of the invention. The response required by the system operator is such that, given a voltage deviation (ΔV) of 4%, the wind turbines must generate all the reactive they are capable of, with the appropriate sign, and with a response speed of one second. It is checked that with this type of voltage control, a fast and stable response is achieved, since from the first moment a reactive power setpoint is calculated and sent that is adequate for the steady state of the voltage. The oscillations that are observed are due to the weakness of the network to which the wind farm is connected and to the oscillations of active power generated and the voltage of the network. In addition, due to the characteristics of the required response, the steady state error is not eliminated.
En la figura 12 se muestra la evolución de la tensión de subestación (Vsub) y la potencia reactiva generada por el parque eólico (Qsub−real) con un control de tensión según la segunda realización de la invención. En este caso el requisito es eliminar el error de tensión en estado estacionario. Se comprueba que con este tipo de control de tensión, se consigue una respuesta rápida y estable que además, mientras la capacidad de reactiva de los aerogeneradores lo permite, elimina el error en estado estacionario. Las oscilaciones que se observan son motivadas por las razones expuestas anteriormente. Figure 12 shows the evolution of the substation voltage (Vsub) and the reactive power generated by the wind farm (Qsub-real) with a voltage control according to the second embodiment of the invention. In this case the requirement is to eliminate the steady state voltage error. It is verified that with this type of tension control, a fast and stable response is achieved which, in addition, while the reactive capacity of the wind turbines allows it, eliminates the error in steady state. The oscillations observed are motivated by the reasons stated above.
En una realización preferente se estima dinámicamente el valor de la impedancia de la red (Rred) y (Xred) a partir de las magnitudes eléctricas medidas en el punto de conexión del parque eólico (VSub,PGlobal,QGlobal, I, cos fi). In a preferred embodiment, the value of the grid impedance (Rred) and (Xred) is dynamically estimated from the electrical quantities measured at the connection point of the wind farm (VSub, PGlobal, QGlobal, I, cos fi).
El método de estimación se basa en la resolución un sistema de ecuaciones en régimen estacionario, que refleja el comportamiento de la red en tres instantes cercanos en el tiempo (t1), (t2), (t3). Para la ejecución de la estimación de la red se supone que en dichos instantes el módulo de la tensión de la red (VRed), así como la impedancia de la red permanecen constantes. The estimation method is based on the resolution of a system of equations in steady state, which reflects the behavior of the network in three near moments in time (t1), (t2), (t3). For the execution of the estimation of the network it is assumed that in these instants the module of the network voltage (VRed), as well as the impedance of the network remain constant.
Dicho sistema de ecuaciones, con las variables eléctricas expresadas en ejes (dq) sincronizadas a la frecuencia de la red y estando el eje q alineado con la tensión de subestación (VSub), queda como sigue: Said system of equations, with the electrical variables expressed in axes (dq) synchronized to the grid frequency and the axis q being aligned with the substation voltage (VSub), is as follows:
donde los superíndices (t1), (t2), (t3) identifican los Instantes de tiempo a los que corresponden las ecuaciones. Las corrientes (id−Sub)e(iq−Sub), así como las tensiones (Vq−Sub) en cada instante son obtenidas a partir de las medidas realizadas en el punto de conexión del parque a la red. where the superscripts (t1), (t2), (t3) identify the Instances of time to which the equations correspond. The currents (id − Sub) and (iq − Sub), as well as the voltages (Vq − Sub) at each moment are obtained from the measurements made at the point of connection of the park to the network.
De la resolución del anterior sistema de ecuaciones se obtienen los valores de la resistencia (RRed) y la inductancia (XRed) del modelo equivalente de la red empleado para el control de tensión objeto de esta invención. From the resolution of the previous system of equations, the values of the resistance (RRed) and the inductance (XRed) of the equivalent model of the network used for the voltage control object of this invention are obtained.
En una realización preferente el tiempo de ciclo de estimación de la impedancia equivalente de la red es substancialmente mayor que el de control de tensión. In a preferred embodiment, the cycle time for estimating the equivalent impedance of the network is substantially greater than that of voltage control.
En una realización preferente se guardan registros de varios valores consecutivos de impedancias de la red, de manera que ante cambios bruscos en el valor de dicha impedancia, se modifican parámetros en el control de tensión de manera que siga garantizándose la estabilidad del control. En una realización preferente uno de dichos parámetros es la ganancia (K) del control mostrado en la figura 6. In a preferred embodiment, registers of several consecutive values of impedances of the network are kept, so that in the event of sudden changes in the value of said impedance, parameters in the voltage control are modified so that the stability of the control is still guaranteed. In a preferred embodiment one of said parameters is the gain (K) of the control shown in Figure 6.
En una realización preferente, ante cambios bruscos en el valor de la impedancia de red el sistema de control señaliza dicho evento mediante una alarma. In a preferred embodiment, in the event of sudden changes in the value of the network impedance, the control system signals said event by means of an alarm.
Claims (12)
- --
- estimación de la tensión equivalente de la red (VRed) a partir de las magnitudes eléctricas medidas en el punto de conexión de la central de generación eléctrica (VSub,Pglobal,Qglobal,Iglobal, cos fi), y un modelo equivalente de la red eléctrica a la que se conecta el parque; estimation of the equivalent network voltage (VRed) from the electrical quantities measured at the connection point of the power generation plant (VSub, Pglobal, Qglobal, Iglobal, cos fi), and an equivalent model of the electricity grid to which the park is connected;
- --
- generación a partir de dicha tensión equivalente calculada (VRed) de una consigna (Qref) indicativa de la potencia reactiva a producir por la central de generación eléctrica. generation from said calculated equivalent voltage (VRed) of a setpoint (Qref) indicative of the reactive power to be produced by the power generation plant.
- 2. 2.
- Método de control de tensión de una central de generación eléctrica, según la reivindicación 1, caracterizado porque la consigna de potencia reactiva (Qref) se calcula a partir de la tensión equivalente de red (VRed) y tiene un valor que corresponde a la potencia reactiva que debe generar de manera estacionarla la central de generación eléctrica para cumplir una ley de control preestablecida. The voltage control method of an electric power plant according to claim 1, characterized in that the reactive power setpoint (Qref) is calculated from the equivalent network voltage (VRed) and has a value corresponding to the reactive power that the power generation plant must generate in a stationary way to comply with a pre-established control law.
- 3. 3.
- Método de control de tensión de una central de generación eléctrica, según la reivindicación 2, caracterizado porque ley de control define la potencia reactiva a generar (Qref) en función de la tensión en el punto de conexión de la central de generación eléctrica (VSub) y de una tensión de referencia (Vref). Voltage control method of an electric power plant, according to claim 2, characterized in that the control law defines the reactive power to be generated (Qref) as a function of the voltage at the connection point of the power plant (VSub) and of a reference voltage (Vref).
- 4. Four.
- Método de control de tensión de una central de generación eléctrica, según la reivindicación 3, caracterizado porque se calcula la tensión en el punto de conexión (VSub−Est) que se alcanzará de modo estacionario a la tensión equivalente de la red y generando una potencia reactiva igual a la consigna (Qref). Voltage control method of an electric power plant according to claim 3, characterized in that the voltage at the connection point (VSub-Est) is calculated which will be reached stationary at the equivalent voltage of the network and generating a power reactive equal to the setpoint (Qref).
- 5. 5.
- Método de control de tensión de una central de generación eléctrica, según la reivindicación 3, caracterizado porque la ley de control está definida mediante una tensión de referencia para la tensión en el punto de conexión (Vref) y una constante (K) que relaciona la tensión en el punto de conexión (VSub) y la potencia reactiva a generar (Qref). Voltage control method of an electric power plant according to claim 3, characterized in that the control law is defined by a reference voltage for the voltage at the connection point (Vref) and a constant (K) that relates the voltage at the connection point (VSub) and the reactive power to be generated (Qref).
- 6. 6.
- Método de control de tensión de una central de generación eléctrica, según la reivindicación 2, caracterizado porque la ley de control define la tensión que debe alcanzarse de modo estacionario en el punto de conexión del parque (Vref). A voltage control method of an electric power plant according to claim 2, characterized in that the control law defines the voltage that must be reached stationary at the park connection point (Vref).
- 7. 7.
- Método de control de tensión de una central de generación eléctrica, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho método comprende además el paso de estimar dinámicamente el modelo de la red a partir de las magnitudes eléctricas medidas en el punto de conexión de la central de generación eléctrica (Vs, P, Q, I, cos fi). Voltage control method of a power generation plant, according to any of the preceding claims, characterized in that said method further comprises the step of dynamically estimating the network model from the electrical quantities measured at the point of connection of the plant of electricity generation (Vs, P, Q, I, cos fi).
- 8. 8.
- Método de control de tensión de una central de generación eléctrica, según la reivindicación 7, caracterizado por que dicho modelo eléctrico de la red consiste en un resistencia (R) y una reactancia serie (X). A voltage control method of a power generation plant according to claim 7, characterized in that said electrical model of the network consists of a resistor (R) and a series reactance (X).
- 9. 9.
- Método de control de tensión de una central de generación eléctrica, según la reivindicación 7, caracterizado porque se guardan registros de varios valores consecutivos de impedancias de la red, de manera que ante cambios bruscos en el valor de dicha impedancia, se modifican parámetros en el control de tensión de manera que siga garantizándose la estabilidad del control. A voltage control method of a power generation plant according to claim 7, characterized in that records of several consecutive impedance values of the network are kept, so that in the event of sudden changes in the value of said impedance, parameters are modified in the tension control so that the stability of the control is still guaranteed.
- 10. 10.
- Sistema de control de tensión de una central de generación eléctrica, que comprende medios de medida de unas variables eléctricas en el punto de conexión de la central de generación eléctrica y una unidad de control que calcula a partir las variables eléctricas una consigna de potencia reactiva (Qref), caracterizado porque la consigna de reactiva se calcula aplicando un método de control según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9. Voltage control system of a power generation plant, which comprises means for measuring electrical variables at the connection point of the power generation plant and a control unit that calculates a reactive power setpoint from the electrical variables ( Qref), characterized in that the reactive setpoint is calculated by applying a control method according to any one of claims 1 to 9.
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- (LARS HELLE) 10/04/2007 "Modeling and Comparison of PowerConverters for Doubly Fed Induction Generators in Wind Turbines", URL: http://vbn.aau.dk/files/14466775/final_thesis_lars_helle 1-4,6,10-11 (LARS HELLE) 04/10/2007 "Modeling and Comparison of PowerConverters for Doubly Fed Induction Generators in Wind Turbines", URL: http://vbn.aau.dk/files/14466775/final_thesis_lars_helle 1-4,6,10-11
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- (FERNANDO SANTODOMINGO LLAMAS); MADRID, septiembre de 2006; "Dispositivo para soportar huecos de tensión y compensacion de reactiva en generadores eolicos"; URL: http://www.iit.upcomillas.es/pfc/resumenes/44fed25bdc85d.pdf 3 (FERNANDO SANTODOMINGO FLAMES); MADRID, September 2006; "Device to withstand voltage dips and reactive compensation in wind generators"; URL: http://www.iit.upcomillas.es/pfc/resumenes/44fed25bdc85d.pdf 3
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- Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986) Novelty (Art. 6.1 LP 11/1986)
- Reivindicaciones 1-11 Reivindicaciones SI NO Claims 1-11 Claims IF NOT
- Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986) Inventive activity (Art. 8.1 LP11 / 1986)
- Reivindicaciones 5,7-9 Reivindicaciones 1-4,6,10-11 SI NO Claims 5,7-9 Claims 1-4,6,10-11 IF NOT
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- (FERNANDO SANTODOMINGO LLAMAS); MADRID, septiembre de 2006; "Dispositivo para soportar huecos de tension y compensacion de reactiva en generadores eolicos";URL: http://www.iit.upcomillas.es/pfc/resumenes/44fed25bdc85d.pdf (FERNANDO SANTODOMINGO FLAMES); MADRID, September 2006; "Device to withstand voltage dips and reactive compensation in wind generators"; URL: http://www.iit.upcomillas.es/pfc/resumenes/44fed25bdc85d.pdf
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